計算軟件在發電機勵磁系統建模中的應用

吳水軍，陳晶，劉明群，楊楊

(云南電網公司電力研究院，昆明 650051)

計算軟件在發電機勵磁系統建模中的應用

吳水軍，陳晶，劉明群，楊楊

(云南電網公司電力研究院，昆明 650051)

在分析BPA程序在實際發電機勵磁系統建模工作當中存在的不足的基礎上，通過應用PowerFactory軟件DSL用戶自定義功能，構建基于實測的發電機勵磁系統模型，并將其仿真結果與BPA仿真及實測結果進行對比，驗證了Power-Factory軟件DSL用戶自定義功能在發電機勵磁系統建模當中的應用可行性。

DSL；勵磁系統；建模

0 前言

為了掌握現場發電機勵磁系統特性，為系統分析計算提供真實、可靠的發電機勵磁系統模型，提高系統分析計算結果的可靠性與準確性，南方電網頒布了 《南方電網同步發電機勵磁系統參數實測與建模導則》 (Q/CSG114003-2011)。該導則將常規勵磁系統進行分解，分環節建模，并闡述了各個環節的計算及分析方法。

在現場試驗及建模過程中發現，大部分廠家的產品能夠通過該導則進行建模及分析，并用BPA仿真軟件對相關勵磁系統調節動態特性進行仿真驗證，但是部分廠家在勵磁調節器的控制邏輯中，采用了非標準的控制模型，由于BPA模型的固定性，現場非標模型在 “裝入”BPA仿真程序過程中，只能采用模型等效分析并裝入的方法；或者將非標模型的某些參數屏蔽，使其轉換為標準模型，該方法的使用代價是勵磁系統調節性能不能得到充分的發揮。為了解決該類問題，迫切需要一種具有用戶自定義功能，且能夠進行大規模電力系統仿真建模分析的計算軟件。

1 用戶自定義建模簡介

Digsilent Power Facory軟件具有非常強大的仿真計算能力，包括常規的潮流、穩定、短路、小擾動等內容。其軟件內部模型庫包含了大量的元器件模型和相關控制模型；除此自外，該軟件針對現有模型庫不能滿足使用要求的情況，提供了DSL(Digsilent Simulink Language)模型構建語言，用戶可以定義自己的仿真計算模型。

DSL在軟件環境下采用如下的工作原理：通過構建被控對象、控制對象的聯合工作框架(Frame Diagram)，確定了控制對象與被控對象見的信號聯系；在此基礎上，定義需要構建的控制模塊 (Block)，Block內部可以嵌套事先定義的已有的Block。其中，DSL自定義模型結構包括包括接口、變量定義、初始化過程以及方程代碼；所涉及的變量包括：輸入信號、輸出信號、狀態變量、模塊參數以及內部計算變量等內容。

2 發電機勵磁系統模型構建

同常規的控制系統一樣，勵磁系統作為發電機電壓、無功的控制系統，包括被控對象 (發電機)、控制手段 (勵磁調節器)和執行機構 (可控硅整流環節)，通常勵磁系統仿真模型僅單指控制手段和執行機構兩個環節。但是不同的仿真軟件對其中的構架采用了不同的處理方式，圖1為BPA軟件FM卡和PowerFactory軟件關于發電機組及其控制系統交互圖對比。

圖1 BPA軟件FM勵磁卡模型

圖2 PowerFactory發電機仿真框圖

圖1 所示模型在PowerFacory中無對應模型，在此通過使用DSL自定義模型工具，在Digsilent仿真平臺下，使用軟件自帶的 SYM Frame no-Droop框架，構建了如下的勵磁系統仿真模型：

圖3 DSL用戶自定義勵磁仿真模型

針對以上模型，定義相關的輸入參數，輸出參數，狀態變量，模塊參數，并完成模塊的初始化，使其仿真過程從穩態開始，避免擾動發生前的系統過渡過程。

備注：上述模型中給出了勵磁系統PID控制部分的仿真模型，與BPA仿真軟件將所有調差、低勵、過勵等輔助功能放在同一模型卡的處理方法不同，PowerFactory與發電機相關的控制設備按照分模塊交互框進行組合，分為勵磁、調速、過勵、低勵和PSS，每個部分需要單獨搭建。

3 自定義模型與BPA仿真對比

為了驗證PowerFactory自定義模型仿真計算結果的正確性，本文采用南方電網公司 《南方電網同步發電機勵磁系統參數實測與建模導則》(Q/CSG114003-2011)所推薦的仿真校核模型及參數指標，利用云南某電廠發電機組勵磁系統參數辨識及建模的相關實測數據，分別采用BPA仿真軟件的FM卡 (FM+卡)和PowerFacory自定義模型進行仿真驗證，并將PowerFactory仿真結果導出，用PSAW仿真平臺下的多穩定曲線比較軟件，將兩者進行對比分析，現給出仿真對比結果，如圖4。

圖4 實測與仿真曲線對比

參照南網勵磁系統建模導則推薦的評價指標，對以上仿真的相關階躍指標進行計算，計算結果如表1。

表1 階躍指標計算結果

從上表可以看到，通過PowerFactory用戶自定義模型功能，參考BPA仿真軟件的FM卡所對應的模型結構，所構建的自定義模型仿真結果與BPA完全一致，且與現場實測數據一致，從而驗證了PowerFactory自定義模型功能的可用性。針對本文引言中所關注的非標模型的情況，利用該軟件應能較好地完成。

4 結束語

針對BPA程序仿真控制模型的固化，導致用戶只能根據使用情況，采用將實際模型進行等效或者簡化的方法，將現場模型裝入BPA程序當中的情況，本文考慮在充分發揮PowerFactory軟件既能進行大規模電網仿真，又允許用戶自定義模型特點的基礎上，探討軟件DSL功能在發電機勵磁系統建模工作當中的應用可行性。本文通過參考南網勵磁系統建模導則推薦的勵磁模型，在PowerFactory平臺下構建與BPA軟件FM卡等效的仿真模型，并采用云南某電廠的實測結果開展仿真研究，仿真結果表明，PowerFactory用戶自定義模型仿真結果與BPA仿真結果完全一致，且與現場測試結果吻合，考慮到模型的構建及參數完全采用實測模型及參數的實際情況，得到了PowerFactory軟件DSL自定義模型功能在發電機勵磁系統建模工作當中具有完全的可行性的結論。

[1] Digsilent公司 .Digsilent PowerFactory用戶手冊 [Z]. 2013，08.

[2] 中國電力科學研究院.PSD-BPA暫態穩定程序用戶手冊[Z].2010，6.

[3] 云南電力研究院.大盈江四級電廠#3機組勵磁系統建模報告 [Z].2010，3.

Application of PowerFactory DSL Function in Excitation System Modeling

WU Shuijun，CHEN Jing，LIU Mingqun，YANG Yang
(Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650051)

Deficiency of BPA unchangeable model cause a lot of problems in the work of excitation system modeling.Based on the measured parameters，a excitation system model constructed by DSL function in PowerFactory is used to simulate.Finally，the feasibility and effectiveness of the method is demonstrated by the compared results of BPA simulation.

DSL；excitation system；modeling

TM76

B

1006-7345(2014)06-0058-02

2014-04-14

吳水軍 (1980)，男，碩士，工程師，云南電網公司電力研究院，研究方向為勵磁系統及其仿真 (e-mail)yepri_wsj＠126.com

陳晶 (1968)，男，碩士，高級工程師，云南電網公司電力研究院，研究方向為系統仿真、勵磁及繼電保護技術。